3.1 – Introdução
Este capítulo tem por objetivo discutir alguns pontos chaves que integram a problemática e a busca de sua resolução, enfatizando os atores que integram a interface entre as fases de projeto conceitual e preliminar. A solução conceitual é visualizada pelo projetista como uma solução descritiva que deve ser, agora, resolvida geometricamente com a consideração dos requisitos de projeto preliminar.
3.2 – O papel do projetista no processo de projeto
Após a fase de projeto informacional, o processo sistemático de projetar pode ser executado com base na especificação de projeto do produto, o que se define como a fase de projeto conceitual. É nela que há o encaminhamento efetivo de alternativas com vistas a elaboração da estrutura funcional do produto. O projetista deve considerar dois aspectos relevantes: em primeiro lugar, as informações essencialmente funcionais e, em segundo, as informações não-funcionais. O projeto funcional é considerado aqui, como o caminho mais apropriado para a definição da estrutura física do produto.
Na atividade de projeto mecânico, a comunicação entre projetistas é realizada em grande parte tendo como meio de comunicação a linguagem natural. Esta é verbalizada na busca de dados e informações, para a definição das formas geométrica do produto. Isso é geralmente realizado no ambiente físico de projeto, em que as questões relativas ao projeto são discutidas. Eventualmente, alguns softwares de projeto possibilitam a comunicação via Web, estando os projetistas de uma equipe de projeto localizados fisicamente em diferentes partes do mundo.
A definição geométrica das peças, na fase de projeto preliminar no processo de projeto é um momento fortemente pautado nas intenções de projeto do(a) projetista. Ali, ele(a) dá início à definição de volumes no leiaute do produto, buscando preencher os espaços geométricos destinados às partes integrantes do produto. Na definição da estrutura funcional do produto, foram abstraídas as possíveis soluções. Posteriormente foi escolhida a concepção alternativa mais adequada aos requisitos de projeto do produto globalmente. Agora, o enfoque está no desdobramento das estruturas funcionais das montagens e peças do produto.
As intenções do projetista são baseadas no nível de conhecimento do domínio de aplicação e no processamento de regras lingüísticas. A semântica é, normalmente entendida como o estudo do significado do objeto no contexto em que está inserido. Assim, na atividade de projeto mecânico, a comunicação verbal e escrita passa, necessariamente, pelas representações terminológicas utilizadas neste domínio da engenharia. Dessa forma, o ato de projetar requer habilidade no reconhecimento
desses padrões, cujos significados são estabelecidos ao longo do tempo pela experiência e prática nos domínios específicos de aplicação de engenharia. Isso não é taxativo, ou seja, a atualização do conhecimento resultante da pesquisa e conseqüente evolução tecnológica, faz com que os significados e as terminologias sejam customizados à proporção que novos produtos sejam projetados.
Na atividade de projeto de sistemas mecânicos (PSM), normalmente os projetistas trabalham num domínio específico. A intensidade de suas intenções está fundamentada no conhecimento, experiência prática, graduação e outras especialidades, o que leva à classificação hierárquica utilizada na grande maioria das empresas: projetistas juniores, projetistas plenos, projetistas seniores e projetistas especialistas.
Em contrapartida, o domínio de aplicação científico em que estão inseridos, emprega um conjunto de termos aplicados na expressão de idéias de projeto. Projetistas especialistas, por exemplo, expressam suas intenções usando palavras eminentemente técnicas. Esse comportamento expressivo se dá em qualquer ambiente, mas incisivamente, nos ambientes que têm relação com seu campo de atuação profissional. Já, projetistas juniores, expressam suas intenções por meio de uma linguagem coloquial, um tipo de linguagem natural por meio do qual estão habituados a comunicar suas intenções. Na interação com especialistas, a tendência é que aos poucos, os projetistas juniores desenvolvam um vocabulário mais técnico e adquiram uma linguagem essencialmente voltada às questões que norteiam o domínio de aplicação.
Para o entendimento da linguagem utilizada, é necessária a interpretação das idéias transmitidas. Esse processo provém da descrição de intenções de projeto em que a semântica de projeto pode ser gramaticalmente colocada e organizadamente utilizada. Interpretar gramaticalmente as intenções de projeto requer conhecimento do domínio e pressupõe a ocorrência de correlações terminológicas em que os significados do domínio de aplicação possam ser traduzidos na direção do entendimento.
No caso do projeto mecânico, a definição geométrica, na fase de projeto detalhado, deve ser precisa. Esse é o foco do projetista na fase de projeto preliminar. Significa que, se forem estabelecidas regras para o encaminhamento da modelagem geométrica sólida, anteriormente ao detalhamento do produto, isso auxiliará o projetista no encaminhamento de suas soluções.
A manipulação do sistema CAD na busca da definição de geometrias sólidas é guiada pelas intenções de projeto. Por isso, se suas intenções forem adequadamente guiadas na busca de soluções possíveis, o tempo de projeto será reduzido, acarretando um ganho global na atividade de projetar.
Durante o projeto, ao expressar suas intenções por meio das descrições das estruturas ligadas à definição das peças, o projetista costuma verbalizar uma linguagem que contêm termos cujos valores
35 As funcionalidades da peça podem ser realizadas por algumas dezenas ou mais de configurações geométricas, uma vez que o grupo de possíveis geometrias é muito extenso em cada domínio de aplicação. Todavia, a escolha das formas geométricas que realizam as funções pré- estabelecidas para as regiões físicas da peça é uma tarefa difícil de ser realizada, pois além dos requisitos funcionais, isso pressupõe uma série de outros requisitos não menos importantes para o atendimento aos requisitos de projeto do produto como um todo.
Por outro lado, existem princípios de projeto na fase de projeto preliminar que são “condutores” das formas necessárias às peças, por exemplo, o uso de certos princípios como “mínima massa”, “máxima resistência e rigidez”, “mínimo custo”, “estética agradável”, “fácil manipulação” (na fabricação/montagem), entre outros, pode direcionar a definição da forma mais adequada à realização de uma dada função.
Por conta da verificação contínua de dados e informações que alimentam a atividade de projetar produtos, vários requisitos restritivos podem ser especificados antes da definição da estrutura descritiva das funções da peça. Ressalta-se, novamente, que encontrar as formas físicas finais das peças demanda mais informações que a maioria dos sistemas CAD pode atualmente disponibilizar.
Assim, as intenções de projeto na definição de forma devem estar associadas ou orientadas por princípios de projeto preliminar, que vêm de estudos científicos e/ou da experiência prática e teórica do(a) projetista. Em decorrência disso, as necessidades ou requisitos auxiliados por princípios de projeto preliminar, podem conduzir aos operadores de forma ou à geometria mais adequada para a peça.
Essa escolha é um processo não trivial que pode gerar conflitos. Por exemplo, dada a necessidade “baixo custo na transmissão de torque”, um princípio de projeto preliminar é “minimizar massa”. Um condutor de forma pode levar à solução que prevê uma peça “esbelta”. No entanto, outro princípio de projeto preliminar para esse tipo de peça é “maximizar resistência”, cujo condutor de forma leva à solução de uma peça “robusta”. Nesse caso, o conflito deverá ser resolvido por outro método.
Tomando por base o processo sistemático de projeto, proposto inicialmente por Pahl & Beitz (1988), aperfeiçoado ao longo dos últimos anos, no início da fase de projeto preliminar, as questões de projeto estão voltadas à definição geométrica das peças que compõem as diversas partes do produto. Essa definição se dá na fase de projeto preliminar por meio do conhecimento de princípios de projeto preliminar, processo esse que envolve conhecimento e experiência do projetista. Essa tarefa vem sendo simplificada com a ajuda dos sistemas CAD. No entanto, sistemas CAD não incorporam o projeto funcional na modelagem geométrica, pois isso demanda o processamento computacional das descrições das funções do produto e de suas partes. Essa constatação repercute nas geometrias das
peças porque a realização física tem por base a organização de suas funções que, em última análise, descrevem o uso do produto.
Ainda, o processo de projeto implica em constantes alterações na busca de soluções otimizadas à luz da especificação de projeto do produto. Modificações no projeto são dispendiosas em termos de tempo, uma vez que modelos de baixo nível não preservam as intenções de projeto. É necessário então que as alterações de projeto se propagem através do modelo de projeto, mas as bases de dados que representam o projeto final do produto em sistema CAD tradicionais não contêm todas as informações necessárias para aplicações subseqüentes do ciclo de vida do produto como planejamento de processo, manufatura, uso, manutenção e descarte. O raciocínio utilizado em tais aplicações é baseado única e exclusivamente nas características da peça, que são disponíveis num modelo geométrico tradicional.
3.3 – A relação do projeto funcional à geometria
As atividades na fase de projeto preliminar têm como principal objetivo definir o leiaute final do produto para, em seguida, na fase de projeto detalhado, compor a documentação do produto. Para elaborar os croquis e esboços das montagens e sub-montagens do produto, o projetista precisa pensar as peças que compõem cada uma das montagens e sub-montagens. Ele deve fazer isso individualmente até que, em cadeia, consiga conectar as peças de cada sub-montagem, as sub-montagens de cada montagem e as montagens no leiaute final do produto. É uma operação que requer conhecimento técnico e prático e, além disso, muita organização na atividade, uma vez que, o procedimento das tarefas no processo de projeto de produto prevê que cada passo deve ser dado à luz da especificação de projeto do produto, sistematicamente.
Ao analisar o comportamento em uso do produto, o projetista depara-se com dois modelos hierárquicos, muitas vezes sem se dar conta. O primeiro deles, é o modelo hierárquico físico que pode ser representado pelas partes que devem compor fisicamente o produto. O segundo é o modelo hierárquico das funções que cada uma dessas partes deverá realizar para que o produto, como um todo, cumpra sua função global, motivo pelo qual está sendo projetado e deverá ser construído.
3.3.1 – A relação função-forma no projeto preliminar
Uma maneira de auxiliar o projetista na busca dessas alternativas de solução é o mapeamento função-forma, o que implica a captura do significado de projeto embutido nas descrições de intenções. Por enquanto, a investigação prática dessa constatação estimula a criação de novos métodos de verificação científica que colaborem com o processo de projetar produtos, fazendo com que a semântica de projeto gere modelos indicativos das possíveis geometrias de realização física das
37 funções descritas. Isso caracteriza um problema que deve ser solucionado no âmbito do processo de projeto de produto.
O problema da relação função-forma pressupõe duas representações básicas. A primeira é a representação do produto em termos das descrições das funções necessárias às peças. A segunda é a representação geométrica para o encorpamento e relacionamento do modelo através das geometrias usadas. Portanto, a correlação entre função e forma, ou mais especificamente, entre uma descrição técnica funcional elementar e as features técnicas sólidas, é o centro do problema a ser resolvido.
A verificação das correlações entre as estruturas descritivas colocadas no modelo poderia ser feita através de uma análise matricial (matriz morfológica e de decisão) dos valores dos componentes de cada descrição. Isso é implementado localmente, isto é, por meio do estudo de caso de um produto ou grupo de produtos específicos ligados a um dado domínio de aplicação. O objetivo é encontrar “padrões de repetição” com significados de projeto, no nível semântico de interpretação de intenções de projeto. Não se tem claro, estatisticamente, quais são os mecanismos que levam o(a) projetista à formação de suas intenções mas, pode-se sugerir que isso se dá baseado no seu conhecimento no domínio de aplicação.
Pressupõe-se então, que a descrição funcional do que ele(a) objetiva encorpar, é a melhor forma de organizar sua criatividade e, conseqüentemente, seu projeto. De qualquer forma, a descrição das estruturas funcionais incorporam suas intenções de projeto conduzindo-o(a) à descrição das correspondentes estruturas descritivas de regiões físicas, principalmente se estas forem descritas com base numa terminologia própria.
Conclui-se que, dado um conjunto de necessidades localizadas, é mais provável que a organização das intenções de projeto segundo o modelo proposto, leve o(a) projetista às soluções de projeto mais adequadas, do ponto de vista dos requisitos funcionais. Com base neste núcleo semântico- geométrico, as correlações são implementadas e abordadas no Capítulo 5.
3.3.2 – Mapeamento das estruturas funcionais
A representação central das correlações propostas vem sendo descrita nos trabalhos publicados que têm referência às pesquisas neste domínio nos últimos seis anos. A idéia nasceu da verificação da existência da propagação de significados provenientes da linguagem natural utilizada no domínio de projeto de sistemas mecânicos, quando as funções necessárias aos objetos de projeto são descritas.
Inicialmente, notou-se que funções são descrições associadas a verbos e as ações executadas pelas regiões físicas de uma peça podem ser principalmente descritas por verbos. Observa-se ainda que o domínio de projeto de sistemas mecânicos possui verbos específicos que são eventualmente
utilizados na definição de necessidades de projeto e até mesmo diretamente para descrever funcionalidades das partes do produto.
Cada verbo pressupõe a existência ou a realização de outros tantos, abaixo de sua árvore hierárquica, que lhe dão sustentação para que possa ser realizado. Este é um processo de composição semântica, léxica e sintática que ocorre tanto como um fenômeno de interpretação como de comunicação da Língua. Assim, as descrições de uma estrutura funcional podem ser expressas por meio de uma árvore de verbos, desde o nível principal ou global, até o nível mais elementar, como representado na Figura 4.4 no Capítulo 4.
É necessário, portanto, que a descrição das funções, em qualquer nível, seja feita com base numa gramática própria. A composição de uma gramática nesse contexto implica a existência de uma linguagem específica sendo necessário a composição de léxicos, vocabulários, dicionários e de analisadores lingüísticos como parsers, tokeinizadores (algoritmos que processam uma sentença em tokens que são as unidades que compõem a sentença, inclusive espaços em branco), segmentadores (algoritmos que separam uma texto em parágrafos característicos), etc., que atuem sobre esses componentes para a implementação do modelo. No entanto, devido à extensão de um trabalho desse gênero, a proposta implica na organização de uma plataforma que suporte a implementação das correlações identificadas nas estruturas descritivas estudadas. Essa limitação, viabiliza a continuidade da pesquisa na direção do desenvolvimento de um interpretador gramatical para projeto mecânico, uma segunda etapa que pode utilizar as informações levantadas na elaboração de aplicativos que façam a tradução em tempo real de uma descrição de função na correspondente geometria sólida.
A descrição da função na linguagem natural (Português) pode ser interpretada e, posteriormente, convertida numa linguagem que descreva as funções de projeto, ou seja, funções de produto, de montagens, de sub-montagens, de peças e ainda de seus detalhes. Para criar uma correlação mínima entre a descrição funcional e as geometrias sólidas que a realizam é necessário que esta descrição seja feita sob uma base gramatical e que, por consegüinte, os significados de cada termo possam ser identificados e processados. A linguagem de funções é, assim, descrita pelo projetista seguindo uma matriz terminológica de descrições contendo significados de projeto, nesse caso, como uma montagem de verbos, substantivos e qualificadores, que podem ser adjetivados e/ou adverbializados.
À medida que descreve a estrutura funcional da peça que quer projetar, o projetista transfere sua experiência e intenções de projeto sobre o que acha conveniente em termos funcionais ao produto. Ao transcrever suas necessidades funcionais, há um processo simultâneo de visualização de suas idéias acerca das geometrias envolvidas na realização da função que descreve. Esse processo continua até que
39 Por meio da filtragem de valores e significados envolvidos na morfologia das descrições funcionais, ou seja, nos significados dos verbos, substantivos e qualificadores, é possível chegar-se aos mecanismos de propagação da herança existentes entre significados das estruturas descritivas e correspondentes geometrias sólidas.
Três modelos de representação descritiva e geométrica são desenvolvidos: o descritivo de funções, o descritivo de regiões físicas e o descritivo das seqüências de features sólidas utilizadas na modelagem geométrica dessas regiões físicas, num modelador geométrico 3D, ou sistema CAD.
Interfaces computacionais de implementação auxiliam o processamento das descrições funcionais e geométricas. No modelo de descrição das funções, por exemplo, as funções são descritas pelo projetista na forma de uma frase composta de um verbo, um substantivo e um qualificador que especializa e amplia o significado do conjunto verbo + substantivo.
Por outro lado, no modelo de descrição das correspondentes regiões físicas da peça, a matriz de descrição terminológica é composta de um substantivo e um ou mais qualificadores, podendo conter advérbios e/ou adjetivos. Neste modelo, a peça é descrita em suas partes, isto é, desde o nível hierárquico que corresponde à função global da peça ao nível hierárquico que corresponde às suas funções elementares, as folhas da árvore de funções.
Por último, no modelo descritivo das seqüências de features sólidas, chamado aqui de modelo de features sólidas criadas no sistema CAD, são descritas as seqüências das operações 3D do sistema CAD utilizadas na criação do modelo geométrico das respectivas regiões funcionais da peça. Este modelo é composto por grupos de features sólidas que dão corpo à estrutura funcional descrita no primeiro modelo.
O desenvolvimento da base de dados é sustentado, portanto, pelas relações entre as descrições das estruturas hierárquicas das funções, das regiões funcionais e das features sólidas que dão origem ao modelo geométrico sólido 3D correspondente.
Os valores dos componentes gramaticais de cada modelo formam uma árvore de significados cujos nós propagam segundo um modelo de herança no qual a geração de geometria sólida pode ser realizada computacionalmente. A análise da estrutura funcional implica a inspeção em termos dos componentes principais da definição funcional a partir de catalogação de árvores funcionais. Isso significa que, se os mecanismos de propagação dos significados das descrições de funções em regiões funcionais e, posteriormente, em geometrias sólidas, forem identificados, é possível estabelecer automaticamente um caminho para a geração de geometrias sólidas à partir das descrições das funções correspondentes.
3.3.3 – Mapeamento função-forma
O modelo de representação física e conceitual de peças desenvolvido pressupõe a existência de dois principais grupos de informações: (1) requisitos funcionais e (2) requisitos não-funcionais. Dando ênfase ao primeiro grupo, composto por todas as informações de projeto que têm relação com os aspectos funcionais e de uso da peça ligada ao meio físico em que é inserida, as informações de projeto são obtidas a partir das descrições das funções em que a maior parte das intenções do projetista, é capturada. O segundo grupo inclui todas as demais informações necessárias à especificação de projeto e não é abordado nesta pesquisa
O processo de projetar usado pelo projetista pode ser sumarizado como representado esquematicamente na Figura 3.1. Nela, são vistos três módulos de processamento: o módulo de processamento da linguagem natural do projetista (LN), um módulo de processamento de linguagem técnica de projeto intermediária (LT) e o módulo de transformação de linguagem simbólica (LS). Aos módulos estarão associados dois bancos de dados que alimentarão o processo: um banco de dado associado aos significados das expressões e outro associado às geometrias desejadas organizadas em termos de features paramétricas de Sistemas CAD. Isso, de certa forma, resume o que deve ser a